【導(dǎo)讀】為適應(yīng)未來深空探測和星際旅行的技術(shù)需要，電推進裝置取代傳統(tǒng)化學(xué)推。力器已經(jīng)成為航天推進領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢?；魻柾屏ζ骶哂懈咝?、高比沖。以及高可靠性等優(yōu)點，自從1970年成功研制以來，已經(jīng)廣泛用于各種實際飛行。任務(wù)，成為世界各航天大國電推進裝置研究中的熱點，而當(dāng)前我國在這方面的。研究存在很大的空缺，為此哈爾濱工業(yè)大學(xué)等離子推進技術(shù)研究所從俄羅斯引。進了ATON型霍爾推力器，并對其進行了深入的研究。推力器的磁場位形及磁。感應(yīng)強度是影響其性能的主要因素之一，通常實驗室條件下采用的是單獨勵磁。主要是針對由單獨勵磁轉(zhuǎn)換為自勵磁時進行了初步的探索，首先對單獨勵磁轉(zhuǎn)。換為自勵磁時內(nèi)線圈的空間問題進行了軟件仿真與實驗研究，然后根據(jù)其結(jié)果。我們找出了在ATON機型上能夠轉(zhuǎn)換為自勵磁的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)針對某一工。況點在單獨勵磁模式下與自勵磁模式下的工作特性進行了對比分析，最后我們。對自勵磁霍爾推力器放電穩(wěn)定性問題進行了探索性研究。

　　

【正文】 實驗數(shù)據(jù)進行處理，通過分析找出其中的一些規(guī)律， 附表一是放電電壓為 300V時發(fā)動機的幾個工況點的性能值，由于磁安特性曲線是反映發(fā)動機性能的重要曲線，因此我們先根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)將放電電壓為 300V時的 曲線作出來，由此來觀察在伏安特性曲線上可以轉(zhuǎn)為自勵磁模式的區(qū)域， 圖 32是放電電壓為 300V時所作的磁安特性曲線，圖中帶‘ ’的點是說明能轉(zhuǎn)化為自勵磁的工況點，未標(biāo)注的點是不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的 點，我們再觀察放電電壓為 400V時 ATON發(fā)動機的試驗情況，附表二是發(fā)動機在放電電壓在 400V時的實驗情況，據(jù)此我們首先做出其磁安特性曲線如圖 33所示，而對于放電電壓為500V時，由于放電電壓很大，且磁安特性曲線的右側(cè)上升的比較緩慢，因此在增大勵磁電流時，回路中的放電電流增加的不明顯，為了更好的分辨開磁安特性曲線右邊的點，實驗時我們加大了勵磁電流，但是 非常 不幸運，但勵 磁電流增大到 ，內(nèi)線圈被燒斷了，因此放電電流為 500V時我 們只測了一組數(shù)據(jù)如附表三所示，同樣我們做出其磁安特性曲線，并用‘ ’標(biāo) 記能轉(zhuǎn)換為自勵磁的點，如圖 34所示，通過本次實驗，我發(fā)現(xiàn)實驗根本不是想象到的那樣，本來一天的實驗往往會做好幾天，在實驗過程中經(jīng)常會出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，而且有的東西還需要熟能生巧，比如好的工況點的調(diào)節(jié)，這是個很有技術(shù)的活，雖然看似簡單，但是往往需要我們多動手去調(diào)，量變總會引起質(zhì)變的， 100 200 300 400 500 600 7002 . 533 . 544 . 555 . 56通道中心的最大磁感應(yīng)強度 B / G示值電流I/A放電電壓 300V 4 m g / s3 . 5 m g / s3 m g / s2 . 5 m g / s 圖 32 放電電壓為 300 的磁安特性曲線 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 26 100 150 200 250 300 350 400 450 5001 . 522 . 533 . 544 . 555 . 56通道中心最大磁感應(yīng)遷都 B / G相應(yīng)工況點的示值電流I/A放電電壓 400V 2 m g / s2 . 5 m g / s3 m g / s 圖 33 放電電壓為 400V 的磁安特性曲線 100 200 300 400 500 600 700 8002 . 62 . 833 . 23 . 43 . 63 . 84通道中心的最大磁感應(yīng)強度 B / G相應(yīng)工況點的示值電流I/A放電電壓 500V 2 . 5 m g / s 圖 34 放電電壓為 500V 的磁安特性曲線 且實驗的過程中我們一定要耐心而且要學(xué)會積極應(yīng)變的能力，其實有的時候?qū)嶒灨静皇前?照我們設(shè)想的路線去發(fā)展，尤其是探索性的實驗，因此我們要隨時的變換我們的思維去想象一些我們從沒想過的思路。 實驗結(jié)果分析 由上述磁安特性曲線可以看出，在磁安特性曲線上最低點為最優(yōu)工況點，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 27 由圖 32， 圖 33， 圖 34 上可以看出最優(yōu)工況點處有的情況下可以轉(zhuǎn)換，有的不能轉(zhuǎn)換，但是在最優(yōu)工況點左邊的工況點都是可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的，分析其原因是磁安特性曲線的左邊磁場強度很小，因此勵磁電流就比較小所以放電電流均大于勵磁電流，因此都可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，隨著放電電流的不斷減小勵磁電流的不斷增大，這兩個電流值 在最優(yōu)工況點左右相等，在最優(yōu)工況點右邊時，勵磁電流不斷增加，示值電流也不斷增加，但是人們研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)的磁安特性曲線的增長是很緩慢的，所以勵磁電流的增長速度遠遠大于示值電流的增長速度，因此在右側(cè)示值電流的值永遠小于勵磁電流的值，因此右側(cè)的工況點在 ATON 發(fā)動機上就不能轉(zhuǎn)換為自勵磁。 其實反應(yīng)發(fā)動機性能的參數(shù)效率只是一小部分，而推力器的推 力與比沖也是反映其性能的重要一環(huán)，下面我們將先通過推力的分析來剖析不同工況下發(fā)動機的性能，圖 3圖 3圖 37 分別 表 示放電電壓為 300V、 400V、 500V 100 200 300 400 500 600 700404550556065707580通道中心的最大磁感應(yīng)強度 B / G推力器的推力T/mN 4 m g / s3 . 5 m g / s3 m g / s2 . 5 m g / s 圖 35 放電電壓為 300V 時的推力 時 推力器在不同質(zhì)量流量下的推理情況，上圖中標(biāo)‘ ’的表示在 ATON 發(fā)動機中可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的點，由此可以看出，隨著質(zhì)量流量的增大推力也變大，但是在同一質(zhì)量流量同一放電電壓下，推力器的推力基本變化不大，因此效率是選擇能否轉(zhuǎn)換為自勵磁的又一要素，由附表一、二、三可以看出磁安特性曲線左側(cè)兩個工況點是效率很低的點，而最優(yōu)工況點是是因為勵磁電流大于放電電流也不能轉(zhuǎn)換，因此如圖 38 所示，在磁安特性曲線上只有 B 區(qū)是可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的區(qū)域，因此在 ATON 機型上做自勵磁的轉(zhuǎn)換，必 須要在最優(yōu)工況點的左邊找一個工況點，雖然以犧牲發(fā)動機的一些效率為前提，但是，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)自勵磁模式的轉(zhuǎn)換，也是可行的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 28 100 150 200 250 300 350 400 450 5003540455055606570通道中心的最大磁感應(yīng)強度 B / G推力器的推力T/mN 2 m g / s2 . 5 m g / s3 m g / s 圖 36 放電電壓為 400V 時的推力 100 200 300 400 500 600 700 80055565758596061通道中心最大磁感應(yīng)強度 B / G推力器的推力T/mN 圖 37 放電電壓為 500V 時的推力 圖 38 ATON 發(fā)動機的轉(zhuǎn)化區(qū)域劃分 A B C 通道中心的磁場強度 B/G 回路中的放電電流 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 29 小結(jié) 本章主要對在 ATON 發(fā)動機上轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的工作特性區(qū)域進行的分析，通過大量的實驗，從不同的角度研究其工作特性區(qū)域，本文主要通過其磁安特性曲線曲線根據(jù)其推力、效率、以及內(nèi)線圈可繞線圈匝數(shù)來初步劃 定了這個可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的區(qū)域，通過分析可以得出，磁安特性曲線大致成盆型結(jié)構(gòu)，最低點為推力器的最優(yōu)工況點，在最優(yōu)工況點右面的工況在 ATON 發(fā)動機上目前不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，而最優(yōu)工況點左面的區(qū)域只看內(nèi)線圈繞線的情況是可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的，但是當(dāng)勵磁電流（即放電電流）很小時，通道內(nèi)磁場強度會很小，因此推力器的效率就會很小，因此在 ATON 發(fā)動機上只有最優(yōu)工況點左面一定的區(qū)域內(nèi)可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，而對于最優(yōu)工況點，基本上不能轉(zhuǎn)換為自勵磁模式，在第四章中我們將會對推力器的在自勵磁模式下的某個工況 點進行分析研 究以及對推力器的低頻振蕩進行了 初步探索。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 30 第 4 章 自勵磁霍爾推力器 工作特性 與穩(wěn)定性分析 引言 上一章我們對 ATON 發(fā)動機可以轉(zhuǎn)換為自勵磁模式的區(qū)域進行了劃分，在本章中我們針對某個工況轉(zhuǎn)換為自勵磁模式對其進行工作特性的研究， 實驗對比了不同流量，不同放電電壓下自勵與他勵性能差異 ，通過對比弄清一些自勵磁模式下工作特性的規(guī)律，單獨勵磁下推力器工作時低頻振蕩比較明顯，而實驗研究發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)換為自勵磁時推力器的低頻振蕩會明顯低于單獨勵磁的模式下，在第三節(jié)中我們針對自勵磁模式下推力器的低頻振蕩進行的一些研究與探索， 希望能通過實驗找出一些影響推力器低頻振蕩的因素。 自勵磁霍爾推力器工作特性的研究 實驗設(shè)計 他勵模式電路： 陰極點火器電源 1陽極++_3C3R2R_電源 22L示波器1R1C電源 4內(nèi)線圈電源 5附加線圈電源 3外線圈 圖 41 他勵模式電路 自勵模式電路： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 31 陰極點火器電源 1陽極外線圈內(nèi)線圈附加線圈++_3C3R2R_電源 2示波器1R1C2L 圖 42 自勵模式電路 本實驗主要是通過自勵磁模式下對推力器的性能（推力、比沖、羽流）進行了測量，繼而計算出推力器的效率，將 ATON 霍爾推力器在自勵磁模式下與安匝等效成的單獨勵磁模式的工況在不同的質(zhì)量流量下進行了一系列的對比，依次研究分 析自勵磁霍爾推力器的工作特性。 其中推力測量的方法如第三章中所述，比沖效率的計算如公式 32，羽流的測試方法為，將一個半徑為 ，當(dāng)推力器工作時，探針從推力器的左側(cè)移動到右側(cè)，探針就能感應(yīng)到羽流中離子電流，然后通過在測量回路中串 聯(lián)一個電阻（實驗中串聯(lián)電阻為 100kΩ）就能讀出其值，然后再在計算中在將其轉(zhuǎn)換為電流值。 實驗結(jié)果 實驗首先將在在相同質(zhì)量流量下對比了單獨勵磁與自勵磁模式下相同工況點的推力器的性能（效率、推力、比沖、放電電流等），圖 4 4 4 46表示在質(zhì)量流量為 ，推力器性能的對比： 300 350 400 450 500 550 6003840424446485052U p （ V ）Efficiency（%）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 60032343638404244464850U p （ V ）Thrust（mN）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 43 效率 與 放電電壓 圖 44 推力與放電電壓 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 32 300 350 400 450 500 550 600160017001800190020xx210022002300240025002600U p （ V ）Isp（s）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 60022 . 12 . 22 . 32 . 42 . 52 . 62 . 72 . 82 . 93U p （ V ）Id（A）m a = 2 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 45 比沖與放電電壓 圖 46 放電電流與放電電壓 為便于 不同勵磁模式下的性能做對比， 我們又依次 分析了 質(zhì)量流量為， 3mg/s， ， Ma= mg/s 時 ： 300 350 400 450 500 550 60038404244464850525456U p （ V ）Efficiency（%）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e300 350 400 450 500 550 6003540455055606570U p （ V ）Thrust（mN）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 47 效率與放電電壓 圖 48 推力與放電電壓 300 350 400 450 500 550 6001600180020xx2200240026002800U p （ V ）Isp（s）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 300 350 400 450 500 550 6002 . 62 . 833 . 23 . 43 . 63 . 8U p （ V ）Id（A）m a = 2 . 5 m g / s S e l fS e p a r a t e 圖 49 比沖與放電電壓 圖 410 放電電流與放電電壓 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計 論文 33 Ma=3 mg/s 時 ： 300